Tổng quan về vật liệu nano Các vật liệu nano đã nổi lên như một nhóm vật liệu hấp dẫn, được săn đón cho nhiều ứng dụng thực tiễn.. Vật liệu được định nghĩa là vật liệu nano nếu kích thướ
TỔNG QUAN
Tổng quan về vật liệu nano
Các vật liệu nano nổi bật như một nhóm vật liệu hấp dẫn, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng thực tiễn nhờ kích thước từ 1 đến 100 nm, tương đương với khoảng năm nguyên tử silic hoặc mười nguyên tử hydro xếp thành hàng Lịch sử sử dụng vật liệu nano đã xuất hiện từ hàng nghìn năm trước, với con người khai thác sợi nano amiăng để gia cố gốm cách đây khoảng 4500 năm, và người Ai Cập cổ đại đã sử dụng các hạt nano PbS trong các công thức nhuộm tóc từ hơn 4000 năm trước Cốc Lycurgus của La Mã thế kỷ 4 sau Công nguyên là minh chứng rõ nét về khả năng biến đổi màu sắc của vật liệu nano, nhờ sự hiện diện của các hạt nano bạc và vàng, tạo ra hiệu ứng đặc biệt khi ánh sáng chiếu vào.
Thuật ngữ "nanomet" được Richard Adolf Zsigmondy sử dụng lần đầu vào năm
1914 Richard Feynman giới thiệu khái niệm công nghệ nano năm 1959 trong bài giảng
Trong bài phát biểu “There's Plenty of Room at the Bottom” tại Hội Vật lý Mỹ, ông đã đặt ra câu hỏi nổi tiếng về khả năng thu nhỏ quy mô vật chất, mở ra nền tảng cho lĩnh vực công nghệ nano Ông được coi là cha đẻ của công nghệ nano hiện đại, mặc dù Norio Taniguchi mới là người đầu tiên sử dụng thuật ngữ "nanotechnology" vào năm 1974, định nghĩa nó là gia công vật liệu bằng các nguyên tử hoặc phân tử Trước những năm 1980, công nghệ nano vẫn còn là ý tưởng, nhưng đã gieo mầm tiềm năng phát triển vượt bội trong lĩnh vực này.
Phát minh kỹ thuật quang phổ như kính hiển vi quét hầm (STM) năm 1982 của IBM và kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) năm 1986 đã thúc đẩy cuộc cách mạng trong nghiên cứu nano, mở ra khả năng quan sát và thao tác các cấu trúc siêu nhỏ Các kỹ thuật đo lực tĩnh điện và từ tính ra đời cùng thời kỳ đã góp phần quan trọng vào việc phát triển các đĩa cứng có mật độ lưu trữ dữ liệu cao hơn, nâng cao hiệu suất và khả năng lưu trữ của các thiết bị điện tử hiện đại.
2 cao Hiện nay, công nghệ nano phát triển nhanh, ảnh hưởng đến hóa học vật liệu, với công cụ tổng hợp và đặc trưng tiên tiến [5]
Công nghệ nano là một ví dụ xuất sắc của một công nghệ nổi bật, mang lại các vật liệu nano được thiết kế với tiềm năng lớn để sản xuất các sản phẩm có hiệu suất cải thiện đáng kể Hiện nay, các vật liệu nano đang được ứng dụng thương mại trong nhiều lĩnh vực như sơn chống trầy xước, lớp phủ bề mặt, điện tử, mỹ phẩm, xử lý môi trường, thiết bị thể thao, cảm biến và thiết bị lưu trữ năng lượng.
Tổng quan về vật liệu nano – biochar
Sự phát triển nhanh chóng của cộng đồng khiến lượng chất thải toàn cầu tăng trưởng mạnh mẽ, nhưng chỉ một phần nhỏ trong số đó được tái chế, gây ra nguy cơ lớn đối với môi trường Nếu không được xử lý đúng cách, chất thải có thể gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sinh vật và sức khỏe con người Nhiều nơi chọn chôn lấp hoặc đổ thải vì chi phí thấp, tuy nhiên phương pháp này tạo ra chất lỏng độc hại và khí gây ô nhiễm không khí, đồng thời làm ô nhiễm nguồn nước ngầm do kim loại nặng Việc đốt chất thải cũng không phải là giải pháp tối ưu, vì tro đốt chứa kim loại nặng dễ gây hại cho sức khỏe và môi trường Phân hủy hữu cơ có thể gây thừa dinh dưỡng trong nước ngọt, còn quá trình phân hủy kỵ khí thì tốn kém và phát thải khí nhà kính Do đó, cần tìm kiếm các giải pháp xử lý chất thải hiệu quả hơn để giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe cộng đồng.
Trong 20 năm qua, than sinh học (biochar) thu hút nhiều sự chú ý như một vật liệu mới cho các ứng dụng môi trường Biochar có thể được tạo ra từ các chất thải như rơm rạ, thức ăn thừa, bùn thải và phân động vật Biochar là sản phẩm giàu carbon còn lại sau khi đốt nóng sinh khối, được quan tâm nhờ chi phí thấp, nguồn nguyên liệu dồi dào, và khả năng ứng dụng trong quản lý chất thải, bảo vệ khí hậu, cải tạo đất và xử lý nước thải Biochar thường được làm từ chất thải hữu cơ như phân động vật, xương, rễ cây, mùn cưa và rơm rạ, thông qua quá trình đốt sinh khối với lượng oxy hạn chế ở nhiệt độ thấp (dưới 700 °C); phần lớn biochar chứa khoảng 70–80% carbon và có cấu trúc kết hợp giữa dạng tinh thể và vô định hình Tính chất của biochar phụ thuộc nhiều vào nguyên liệu đầu vào và điều kiện sản xuất như nhiệt độ, tốc độ gia nhiệt và thời gian
Biochar sở hữu cấu trúc lỗ nhỏ và nhóm chức bề mặt đa dạng, mang lại giải pháp tiềm năng cho các vấn đề môi trường Nó chứa hàm lượng cao các nguyên tố vi lượng như C, N, P, Ca, K, góp phần cải thiện khả năng giữ nước của đất và tăng độ màu mỡ, thúc đẩy sự phát triển của cây trồng và bảo vệ môi trường hiệu quả.
Hiệu quả xử lý ô nhiễm đất của biochar phụ thuộc vào nguyên liệu và cơ chế như trao đổi ion, hấp phụ vật lý, nhưng một số loại biochar như vỏ dừa, lá dứa, giấy thải lại kém hiệu quả Hiện nay, các xu hướng cải thiện khả năng hấp phụ của biochar thông qua thay đổi bề mặt, tối ưu quy trình và kết hợp với vật liệu khác đang được phát triển Tuy nhiên, biochar có thể gây rủi ro do chấ t ô nhiễm sẵn có như kim loại nặng, PAH rò rỉ khi xử lý nước thải, cấu trúc dễ hỏng khi làm chất mang xúc tác dẫn đến giảm hiệu suất Ngoài ra, khi già đi, biochar thay đổi về pH, cấu trúc và thành phần hóa học, ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý Thêm vào đó, biochar còn có khả năng gây độc cho vi sinh vật trong môi trường.
Vật liệu nano, có kích thước trong khoảng 1–100 nm, cho thấy tiềm năng vượt trội trong xử lý ô nhiễm nhờ chi phí hiệu quả và khả năng phản ứng cao Với lợi thế về diện tích bề mặt lớn, tính chất hóa học phân cực và không phân cực, cùng khả năng điều chỉnh kích thước và dễ phân hủy sinh học, vật liệu nano trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng xử lý nước và môi trường Phương pháp nghiền là kỹ thuật phổ biến để sản xuất vật liệu nano tinh thể, trong đó phương pháp top-down phá vỡ cấu trúc lớn thành các fragment nhỏ hơn, như quá trình trộn biochar với dung môi rồi tách bằng máy ly tâm để thu vật liệu nano biochar (BNM).
CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP
Phương pháp nghiền bi
Nghiền bi là một kỹ thuật cơ học hiệu quả để giảm kích thước hạt biochar xuống cấp độ nano, giúp nâng cao tính ứng dụng của sản phẩm Quá trình này diễn ra trong buồng nghiền chứa các viên bi làm bằng thép không gỉ, zirconia hoặc gốm, khi buồng quay với tốc độ cao, các viên bi va đập liên tục vào vật liệu và giữa chúng, tạo ra lực nén, lực cắt và lực va chạm mạnh mẽ Điều này giúp phân rã các hạt biochar thành các kích thước siêu nhỏ, tối ưu hóa các đặc tính vật lý và sinh học của biochar cho các ứng dụng khác nhau.
Phương pháp nghiền được phân loại theo môi trường thực hiện gồm có nghiền khô và nghiền ướt, phù hợp với các yêu cầu khác nhau của quá trình chế biến Ngoài ra, theo thiết bị nghiền, có thể chia thành nghiền động năng cao (high energy ball milling) và nghiền kiểu “hành tinh” (planetary ball milling), giúp tối ưu hiệu quả nghiền và ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp và sản xuất vật liệu cao cấp.
Hình 2.1 Sơ đồ nghiền hành tinh
Phương pháp nghiền bi có thể dễ dàng tùy biến để sản xuất các hạt nano với dạng thù hình và kích thước khác nhau bằng cách điều chỉnh các tham số như tỉ lệ bi – nguyên liệu, vận tốc quay của máy nghiền, thành phần nguyên liệu, nhiệt độ và áp suất Đối với bi nghiền, người dùng có thể thay đổi vật liệu, đường kính và hình dạng của bi để tối ưu hóa quá trình nghiền Đây còn là một phương pháp thân thiện với môi trường vì hạn chế sử dụng chất thải độc hại Tuy nhiên, các hạt được tạo ra từ phương pháp nghiền bi thường không đồng nhất và quá trình nghiền tiêu tốn nhiều năng lượng, chủ yếu do thất thoát nhiệt sinh ra trong quá trình nghiền.
Nghiền quá lâu có thể gây ra hiện tượng “tái kết tụ” do các hạt quá nhỏ dễ hút nhau nhờ lực Van der Waals Vì vậy, cần kiểm soát thời gian nghiền để tránh làm mất tính đồng nhất của sản phẩm và đảm bảo chất lượng Việc tối ưu quá trình nghiền giúp hạn chế hiện tượng kết tụ và nâng cao hiệu quả sản xuất.
Kiểm soát nhiệt độ trong buồng nghiền là rất quan trọng để tránh biến tính các cấu trúc hữu cơ còn tồn lại trong biochar do sinh nhiệt từ ma sát Máy nghiền bi công suất lớn, như planetary ball mill, có khả năng xử lý hàng trăm gram biochar mỗi lần, mở rộng tiềm năng sản xuất biochar ở quy mô bán công nghiệp.
Phương pháp siêu âm
Siêu âm là phương pháp sử dụng sóng âm tần số cao để tạo ra hiệu ứng cavitation trong dung dịch Khi các sóng siêu âm truyền qua dung dịch chứa biochar, chúng tạo ra các bong bóng khí siêu nhỏ Những bong bóng này sụp đổ với áp suất cục bộ rất lớn, lên đến hàng trăm atm, và nhiệt độ tức thời cao, gây ra lực cắt cực mạnh để phá vỡ các cụm hạt biochar, nâng cao hiệu quả xử lý [10].
Hình 2.2 trình bày sơ đồ tổng quan về quá trình biến đổi siêu âm trên than sinh học, nhấn mạnh lợi ích của phương pháp này là không cần tác động cơ học trực tiếp, không gây mài mòn và rất hiệu quả trong việc phá vỡ các kết tụ thứ cấp (agglomerates) mà các phương pháp nghiền thông thường khó xử lý Khi kết hợp với dung môi như nước cất hoặc dung môi phân cực yếu, kỹ thuật siêu âm còn tạo ra dung dịch nano biochar ổn định, có độ đồng đều cao, nâng cao hiệu quả quá trình xử lý và ứng dụng của sinh học.
Công suất đầu dò siêu âm dao động từ vài chục đến hàng trăm watt tùy thuộc vào loại thiết bị Các hệ thống siêu âm công suất lớn, được thiết kế dạng “bath” hoặc “probe”, có khả năng xử lý mẫu trong khoảng thời gian từ 10 đến 60 phút Cường độ siêu âm càng cao sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả quá trình xử lý mẫu.
Các hạt có kích thước nhỏ hơn có thể gây phá hủy cấu trúc vi mao và thay đổi hóa học bề mặt nếu không kiểm soát tốt, ảnh hưởng đến chất lượng của nano biochar Kỹ thuật siêu âm thường được tích hợp với quá trình chức năng hóa bề mặt bằng các hóa chất như HNO₃, H₂O₂ hoặc NaOH để vừa phá vỡ cấu trúc, vừa gắn các nhóm chức mới, từ đó nâng cao khả năng hấp phụ của nano biochar trong xử lý kim loại nặng, thuốc trừ sâu và làm giá thể vi sinh trong môi trường nước Tuy nhiên, phương pháp này có nhược điểm là chi phí đầu tư thiết bị cao, hiệu suất phụ thuộc lớn vào loại thiết bị và khó mở rộng quy mô công nghiệp nếu không tối ưu hóa quy trình Bên cạnh đó, vận hành liên tục các máy siêu âm công suất cao trong thời gian dài có thể gây hư hỏng đầu dò hoặc đòi hỏi hệ thống làm mát riêng, làm tăng chi phí vận hành.
Phương pháp ly tâm
Phương pháp ly tâm là bước quan trọng trong quá trình chế tạo nano biochar, đặc biệt sau các bước xử lý cơ học như siêu âm hoặc nghiền bi Nguyên lý của phương pháp này dựa trên sử dụng lực ly tâm để phân tách các hạt trong dung dịch huyền phù dựa trên kích thước và mật độ Khi quay ở tốc độ cao, các hạt lớn và nặng hơn sẽ lắng xuống đáy ống ly tâm thành pellet, còn các hạt nhỏ như nano biochar sẽ được giữ lại trong lớp chất lỏng phía trên gọi là supernatant.
Nano biochar được tạo ra từ vỏ trấu qua quá trình nhiệt phân ở 600°C trong 2 giờ, sau đó được xử lý siêu âm và ly tâm để thu giữ các hạt nano dưới 100 nm, có cấu trúc tinh thể giàu silic và bề mặt nứt do xử lý nhiệt và cơ học, thể hiện tiềm năng hấp phụ thuốc nhuộm trong nước Một phương pháp khác sử dụng ly tâm ở 4000 vòng/phút trong 15 phút để tách nano biochar sau khi xử lý với chiết xuất thực vật, giúp thu được phần rắn đạt tiêu chuẩn với kích thước nano và đặc tính bề mặt phù hợp cho các ứng dụng môi trường Ưu điểm của phương pháp ly tâm là khả năng phân tách hiệu quả các hạt nano mà không cần dùng hóa chất bổ sung, quy trình đơn giản và dễ kiểm soát.
Phương pháp này có nhược điểm chính là khối lượng mẫu xử lý mỗi lần còn hạn chế và yêu cầu sử dụng thiết bị ly tâm tốc độ cao để đảm bảo hiệu quả tách tối ưu.
Phương pháp thủy nhiệt
Thủy nhiệt là quá trình phản ứng của vật liệu rắng với dung dịch nước trong nồi hấp ở nhiệt độ và áp suất cao, tạo ra các hạt nhỏ lắng đọng, phương pháp này sử dụng nước làm dung môi và hoạt động ở trạng thái bão hòa hơi vượt điểm sôi Quá trình được kiểm soát chặt chẽ bằng cách điều chỉnh nhiệt độ và áp suất trong bình áp suất thép, giúp đảm bảo kết tủa đồng nhất và chất lượng sản phẩm cao Thủy nhiệt đóng góp lớn cho khoa học và công nghệ nhờ tính hiệu quả về chi phí, tính thân thiện môi trường, khả năng mở rộng quy mô dễ dàng, đồng thời sản phẩm thu được có độ tinh khiết cao Quá trình phát triển tinh thể bằng phương pháp thủy nhiệt gồm các bước quan trọng nhằm tối ưu hóa chất lượng và hình dạng tinh thể.
Trong bước đầu tiên của quá trình, tiền chất được trộn đều với dung môi trong dung dịch tiền thân Hydroxit kim loại đóng vai trò là chất khoáng hóa giúp tạo thành các hợp chất cần thiết, trong khi alkoxit kim loại cung cấp nguồn ion kim loại có hoạt tính để hình thành các hợp chất tiếp theo.
Bước 2: Xử lý thủy nhiệt diễn ra trong lò phản ứng kín (autoclave), nơi nguyên liệu phản ứng được cung cấp cùng nước và duy trì sự chênh lệch nhiệt độ giữa phần trên và phần dưới của buồng Quá trình này giúp các ion chuyển đến vùng nhiệt độ thấp hơn, tạo điều kiện cho tinh thể giống lắng đọng ở đầu mát hơn, từ đó thu thập được các tinh thể mong muốn một cách hiệu quả.
Bước 3: Sau khi ly tâm, mẫu được rửa và sấy khô ở các nhiệt độ khác nhau để thu được sản phẩm cuối cùng
Hình 2.3 Cơ chế của phương pháp thủy nhiệt [13]
PHƯƠNG PHÁP NGHIỀN BI TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO
Nguyên liệu
Nguyên liệu: bột xương bò (kích thước khoảng 2mm)
Quy trình
3.2.1 Tổng hợp than sinh học biochar
Bột xương bò được sấy trong không khí ở nhiệt độ 80°C trong 24 giờ để loại bỏ độ ẩm, sau đó nung trong lò nung ở các nhiệt độ 300°C, 450°C và 600°C trong 2 giờ với tốc độ khí N2 là 200 ml/phút, nhằm tạo ra các vật liệu có đặc tính khác nhau Sau quá trình nung, vật liệu được rửa nhiều lần bằng nước khử ion để loại bỏ tạp chất, rồi sấy khô ở nhiệt độ 80°C trong 12 giờ, thu được các mẫu vật liệu tương ứng là BC-300, BC-450 và BC-600, phù hợp với nhiệt độ nung đã thực hiện.
3.2.2 Tổng hợp vật liệu nano-biochar
Trong quá trình nghiên cứu, 3,3g hợp chất sinh học, 330g quả cầu mã mão và 60g nước khử ion lần lượt được đưa vào lọ chứa mã mão Máy nghiền bi hoạt động ở tốc độ 300 vòng/phút trong vòng 12 giờ, với hướng quay thay đổi sau mỗi 3 giờ để đảm bảo quá trình nghiền đồng đều Sau quá trình nghiền, mẫu được ly tâm ở tốc độ 9000 vòng/phút trong vòng 5 phút để tách phần rắn Phần rắn thu được sau đó được sấy khô trong tủ sấy ở nhiệt độ 80°C trong 12 giờ, thu được các vật liệu tương ứng là MBC-300 và các mẫu khác phù hợp với nghiên cứu.
450 và MBC-600 tương ứng với các mẫu than sinh học
Các mẫu than được phân tích bởi quang phổ FT-IR, SEM, hấp phụ đẳng nhiệt khí N2 , ICP-MS, XRD, XPS.
Kết quả
Tính chất của vật liệu BC và MBC
Hình 3.1 (a) Hấp phụ-giải hấp đẳng nhiệt khí N2 của các mẫu than (b) Phổ FT-IR của các mẫu than (c) Giản đồ XRD của các mẫu than
Bảng 1 Diện tích bề mặt riêng, kích thước mao quản và thành phần nguyên tố của vật liệu BC và MBC
Phân tích hấp phụ-giải hấp khí N2 của các mẫu than cho thấy đều có độ trễ giữa đường hấp phụ và giải hấp tại áp suất tương đối trung bình, mang dạng IV theo tiêu chuẩn của IUPAC, chứng tỏ các mẫu than chứa các mao quản trung bình (mesoporous) với kích thước từ 2-50nm Các mẫu nung ở nhiệt độ 450°C và 600°C thể hiện đường hấp phụ có dạng thẳng đứng ở áp suất nhỏ, phù hợp với dạng I theo IUPAC, cho thấy chúng còn chứa một lượng nhỏ vi mao quản (microporous) dưới 2nm Kết quả từ bảng số liệu cho thấy kích thước trung bình của các mẫu than nằm trong khoảng 6,4 - 14,5nm, khẳng định rằng tất cả các mẫu đều có kích thước nano.
Dựa vào bảng số liệu, tăng nhiệt độ nung dẫn đến sự tăng diện tích bề mặt vi mao quản và diện tích bề mặt riêng của các mẫu BC và MBC, đồng thời làm giảm đường kính mao quản trung bình, chứng tỏ quá trình nghiền cơ học thành công trong việc giảm kích thước vật liệu Ngoài ra, sau quá trình nghiền và rửa, thành phần nguyên tố của các mẫu than cho thấy sự giảm đáng kể ở các nguyên tố C, N, S, trong khi các nguyên tố Ca và P lại tăng lên, phản ánh sự biến đổi về thành phần hóa học của mẫu sau xử lý.
Sau quá trình nung, một số thành phần dễ tan trong nước như este, carbonxy và pyridine trong các lỗ xốp bị hòa tan một phần trong nước, dẫn đến tăng diện tích bề mặt của vật liệu Nguyên nhân chính là sự giảm kích thước của các phần tử sau nung, góp phần vào quá trình giảm nhẹ trọng lượng vật liệu.
Hình 3.2 Ảnh SEM của vật liệu BC và MBC: BC-300(a,b); MBC-300(c,d); BC-
Các mẫu than biochar BC-300, BC-450 và BC-600 có kích thước không đồng đều, nhưng khi quan sát kỹ hơn dưới kính hiển vi với độ phóng đại 100 lần, thấy rằng tăng nhiệt độ làm cho các mẫu than ngày càng rời rạc Trong khi đó, các mẫu nano biochar có kích thước tương đối đồng đều và nhỏ hơn so với mẫu biochar ban đầu, cho thấy quá trình nghiền bi giúp giảm kích thước biochar và tạo ra vật liệu với kích thước đồng đều hơn.
Các nhóm chức trong mẫu than được xác định thông qua phương pháp FT-IR (hình (b)), với phổ phổ nhận thấy dải rộng tại khoảng 3420 nm, đại diện cho sự dao động của nhóm OH Trong tất cả các mẫu than và Hydroxyapatite (HAP), các đỉnh tại 2926 nm và 2853 nm thể hiện sự dao động của nhóm methylene, tuy nhiên cường độ giảm và biến mất sau khi nung ở nhiệt độ cao và nghiền, do nhiệt độ cao và tác động cơ học phá vỡ liên kết này Ngoài ra, tất cả các mẫu than đều xuất hiện các đỉnh liên quan đến các liên kết C=O/C=C (1640 nm), aromatic C=O (1470 nm), C-O (1209 nm), và nhóm PO4^3- (450-1100 nm), xác định các thành phần chức năng chính trong mẫu than.
Hình (c) trình bày cấu trúc tinh thể của các mẫu BC, MBC và HAP, trong đó các đỉnh phản xạ chính của HAP xuất hiện ở các góc 2θ lần lượt là 25,94°, 31,83°, 39,58°, 46,66°, 49,55° và 53,21° tương ứng với các chỉ số phản xạ (002), (211), (130), (222), (213) và (004) Ngoài ra, các mẫu còn cho thấy sự xuất hiện của các đỉnh ở 2θ = 20,7°, 26,7° và 29,2°, phản ánh sự hiện diện của carbon vô định hình trong cấu trúc tinh thể Các kết quả này giúp xác định cấu trúc tinh thể và tính chất vật lý của các mẫu vật liệu được nghiên cứu.
Khi nghiền bi, các đỉnh không còn xuất hiện, cho thấy quá trình nung ở nhiệt độ cao làm thay đổi cấu trúc của carbon Nhiệt độ tăng càng cao, cường độ nhiễu xạ mạnh hơn, chứng tỏ răng tăng nhiệt dẫn đến chuyển đổi từ carbon vô định hình sang carbon thơm, góp phần cải thiện tính chất của vật liệu.
Hình 3.3 Giản đồ XPS của các mẫu than BC và MBC
Giản đồ (a) thể hiện sự hiện diện của các nguyên tố C, O, N, Ca và P trên tất cả các mẫu than BC, MBC và HAP Phổ C1s (hình (b)) được chia thành ba đỉnh chính phản ánh các loại liên kết như C-C, C=C (284,2 eV), C-O, C-N (285,5 eV), và C=O (288,4 eV), cho thấy sự đa dạng về cấu trúc cacbon trong mẫu Phổ O1s (hình (c)) phân chia thành các đỉnh biểu thị các nhóm chức như P=O/C=O (531,2 eV) và P-O/C-O (533 eV), cho thấy sự tồn tại của các nhóm oxy liên kết với nguyên tố phòng thí nghiệm Phổ N1s (hình (d)) chia thành các đỉnh pyridinic-N (398,9 eV) và pyridonic-N (399,9 eV), phản ánh các dạng nitrogen chức trong mẫu than, góp phần hiểu rõ cấu trúc và thành phần hóa học của vật liệu.
Khi thay đổi nhiệt độ nung, phổ C1s hầu như không biến đổi, cho thấy sự ổn định của các nhóm chức trên bề mặt Tuy nhiên, tỉ lệ diện tích các đỉnh C-C, C=C, C-O, C-N, và C=O giảm dần khi nhiệt độ tăng, phản ánh sự phân huỷ hoặc thay đổi cấu trúc của các liên kết này Ngược lại, tỉ lệ diện tích các đỉnh P=O/C=O và pyridinic-N lại tăng lên khi nhiệt độ cao hơn, cho thấy các nhóm bề mặt ổn định hơn, góp phần cải thiện tính chất của vật liệu.
Các mẫu than MBC sau quá trình nghiền không còn xuất hiện đỉnh C=O, cho thấy sự giảm đáng kể của nhóm chức oxy Đồng thời, tỷ lệ pyridinic-N trong MBC cũng giảm do một phần pyridinic-N và các hợp chất este hòa tan trong nước khi rửa sạch Điều này cho thấy MBC không chỉ chứa nhiều nhóm chức oxy mà còn chứa các nhóm chức pyridinic-N và pyridonic-N, là các thành phần đặc trưng của HAP, góp phần nâng cao khả năng hoạt tính xúc tác và ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp.
ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU NANO BIOCHAR
Chất hấp phụ cho các chất ô nhiễm nước
Biochar có diện tích bề mặt lớn, độ xốp cao và khả năng hấp phụ mạnh mẽ của các nhóm chức để loại bỏ ion kim loại nặng và hợp chất thơm trên bề mặt, giúp nâng cao hiệu quả xử lý ô nhiễm trong nước thải Ngoài ra, biochar còn được sử dụng để hấp phụ các hợp chất hữu cơ, hợp chất chứa Nito và Phosphor, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Theo các báo cáo nghiên cứu, khả năng hấp phụ của biochar vượt trội hơn so với than hoạt tính, cho thấy biochar có hiệu quả cao trong các ứng dụng xử lý ô nhiễm Bề mặt của biochar chứa nhiều nhóm chức giàu oxi như –COOH và –OH, giúp tăng khả năng liên kết và hấp phụ các kim loại nặng Điều này đã được chứng minh qua các nghiên cứu về tốc độ hấp phụ, cho thấy biochar có độ ái lực mạnh đối với các kim loại nặng, phù hợp ứng dụng trong công nghiệp môi trường.
Liu và cộng sự (2009) đã phát triển than sinh học từ đại tảo xanh qua quá trình nhiệt phân chậm, giúp tạo ra vật liệu có khả năng hấp phụ cao Hoạt hóa bằng hơi nước giúp tăng diện tích bề mặt cụ thể và khả năng trao đổi cation, từ đó nâng cao hiệu quả loại bỏ đồng Trong khi đó, than sinh học được kích hoạt bằng KOH làm tăng phần lỗ chân lông và diện tích bề mặt, nhưng lại làm giảm khả năng trao đổi cation và hiệu quả loại bỏ đồng.
Bảng 2 Số liệu khả năng hấp thụ của các nguyên liệu sản xuất biochar khác nhau với kim loại nặng trong nguồn nước [1]
Xúc tác
Dầu diesel sinh học là nhiên liệu tái tạo được sản xuất từ phản ứng giữa triglycerides và alcohols nhờ chất xúc tác, giúp chuyển đổi chất béo thành nhiên liệu sạch Quá trình này diễn ra khi triglyceride trong chất béo phản ứng với rượu, tạo ra hỗn hợp ester mới gọi là dầu diesel sinh học cùng với glycerol, một sản phẩm phụ có giá trị cao Chính nhờ khả năng sinh học và thân thiện môi trường, dầu diesel sinh học trở thành lựa chọn tiềm năng để giảm ô nhiễm và thúc đẩy phát triển bền vững.
Hình 4.1 Phản ứng trao đổi ester để điều chế diesel sinh học
Li và cộng sự (2014) đã phát triển chất xúc tác than sinh học rắn từ quá trình nhiệt phân trấu kết hợp với axit sulfuric đặc, có khả năng thúc đẩy quá trình trao đổi este dầu ăn thải để sản xuất dầu diesel sinh học Chất xúc tác này cho thấy khả năng phản ứng và tính chọn lọc cao, nhưng sản lượng sản phẩm giảm từ 87,5% xuống còn 80,2% sau năm chu kỳ do bị ngộ độc lưu huỳnh Khả năng hoạt động tốt của xúc tác là nhờ vào diện tích bề mặt lớn, vì vậy, chất xúc tác có diện tích bề mặt cao hơn sẽ tạo ra năng suất dầu diesel sinh học cao hơn Điều này cho thấy tiềm năng ứng dụng của biochar làm chất xúc tác trong quá trình sản xuất nhiên liệu tái tạo.
Bảng 3 Ứng dụng biochar vào sản xuất diesel sinh học.
Chất hấp phụ trong lọc không khí
Lượng hóa chất độc hại trong khí quyển ngày càng gia tăng do hoạt động tự nhiên và con người, gây ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe cộng đồng Biochar sản xuất từ bùn thải sinh hoạt, được kích hoạt bằng hơi nước và hóa chất (KOH), có khả năng hấp phụ formaldehyde trong không khí trong nhà vượt trội so với than hoạt tính, góp phần làm giảm mức độ ô nhiễm không khí độc hại.
CO₂ là khí nhà kính chính góp phần vào sự nóng lên toàn cầu, và quá trình hấp phụ là phương pháp hiệu quả để thu và lưu trữ CO₂ Nghiên cứu cho thấy biochar sản xuất ở nhiệt độ cao có diện tích bề mặt lớn hơn và khả năng hấp phụ CO₂ tốt hơn, chẳng hạn biochar từ bã mía ở 600°C có khả năng hấp phụ lên đến 73.55 mg/g tại 25°C Ngoài ra, việc biến tính biochar bằng các ion kim loại như AlCl₃, FeCl₃, MgCl₂ giúp tạo ra các composite biochar có khả năng hấp phụ CO₂ cao hơn, đặc biệt biochar chứa AlOOH cho thấy khả năng hấp phụ vượt trội với chi phí thấp so với các vật liệu thương mại.
Hỗ trợ quá trình sản xuất biogas
Than sinh học được sản xuất qua quá trình nhiệt phân chậm, có tiềm năng trở thành nhiên liệu rắn sạch và làm đồng nhiên liệu trong các nhà máy nhiệt điện than, giúp giảm lượng khí nhà kính Việc bổ sung than sinh học vào đất không chỉ giúp giảm nitơ mà còn giữ carbon hiệu quả, góp phần bảo vệ môi trường Ngoài ra, than sinh học còn có ứng dụng hấp dẫn như một phụ gia trong quá trình sản xuất khí sinh học, nâng cao hiệu quả của quá trình lên men và thu nhận năng lượng sạch.
Khí sinh học thường chứa các thành phần chính như CH4 (50–70%) và CO2 (30–45%), cùng với các khí phụ như H2S (0,1–2,0%) và N2 (< 1%), và được sử dụng làm nhiên liệu Tuy nhiên, hàm lượng H2S trong khí sinh học gây ra những lo ngại lớn về an toàn và môi trường Việc loại bỏ H2S là bước cần thiết để nâng cao chất lượng và hiệu quả của khí sinh học trong các ứng dụng năng lượng.
Các phương pháp khử hợp chất lưu huỳnh như hấp phụ, hấp thụ và oxy hóa xúc tác đều được áp dụng, trong đó than hoạt tính là một chất hấp phụ phổ biến để loại bỏ H2S Tuy nhiên, nghiên cứu cho thấy các chất hấp phụ H2S dựa trên than sinh học thân thiện với môi trường và có chi phí thấp hơn so với than hoạt tính thương mại Các nhà khoa học đã sản xuất than sinh học từ chất thải lá qua quá trình nhiệt than hóa ở nhiệt độ 200, 300 và 400 °C, với kết quả cao nhất khi nhiệt độ là 400 °C Than sinh học này được sử dụng để loại bỏ H2S khỏi khí sinh học từ quá trình phân hủy kỵ khí, với tỷ lệ H2S giảm từ 1254 xuống 201 ppm, cho thấy khả năng hấp phụ hiệu quả nhất ở nhiệt độ 400 °C.
Bảng 4 Ứng dụng biochar vào sản xuất biogas [2]
CHƯƠNG 5 CƠ SỞ HẤP PHỤ CỦA VẬT LIỆU NANO
Biochar – Chất hấp phụ đa năng
Biochar là vật liệu giàu carbon, có cấu trúc rỗng xốp được tạo thành từ quá trình nhiệt phân sinh khối hữu cơ như gỗ, rơm rạ, phân chuồng, bùn thải trong điều kiện thiếu oxy Nhờ đặc điểm cấu trúc và thành phần hoá học đặc biệt, biochar có khả năng hấp phụ cả các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ, giúp nâng cao hiệu quả xử lý môi trường Do đó, biochar được xem là chất hấp phụ đa năng (universal sorbent) tiềm năng trong các ứng dụng làm sạch và bảo vệ môi trường.
Tiêu chí Than hoạt tính Biochar
Cách sản xuất Hoạt hóa vật liệu carbon hóa (hóa học/nhiệt)
Pyrolysis chậm, không hoạt hóa
Diện tích bề mặt Rất cao (500–1500 m²/g) Trung bình đến cao (10–
Nhóm chức hóa học Chủ yếu C–C, ít nhóm chức oxy
Chứa nhiều nhóm – COOH, –OH, phenol
Khả năng xử lý hữu cơ Rất tốt Tốt – tùy thuộc nhiệt độ pyrolysis
Khả năng xử lý kim loại nặng
Tốt – nếu được chức năng hóa
Rất tốt – nhờ trao đổi ion, kết tủa
Giá thành Cao (~1500 USD/tấn) Thấp (~246 USD/tấn)
18 Ứng dụng Lọc nước, không khí, hóa học phân tích
Xử lý nước, đất, quản lý chất thải nông nghiệp
Bảng 5 So sánh than hoạt tính và biochar
Cơ chế hấp phụ của biochar
5.2.1 Đối với chất ô nhiễm hữu cơ
Phân bố (partitioning) vào các vùng carbon kỵ nước
Hấp phụ π–π: giữa vòng thơm của chất ô nhiễm và cấu trúc graphene trên biochar
Tương tác electron donor–acceptor (EDA): phổ biến với các hợp chất như atrazine, phenanthrene
Liên kết hydro: giữa nhóm hydroxyl/cacboxyl trên biochar với nhóm phân cực của chất hữu cơ
Hiệu quả đặc biệt cao với:
Thuốc trừ sâu (atrazine, simazine)
Dược phẩm và hợp chất thơm
5.2.2 Đối với chất ô nhiễm vô cơ (kim loại nặng, anion)
Tạo phức nội cầu/ngoại cầu với nhóm –COOH, –OH
Kết tủa hóa học: Pb²⁺ + PO₄³⁻ → Pb₅(PO₄)₃OH
Tương tác tĩnh điện: đặc biệt hiệu quả khi biochar mang điện tích trái dấu với chất ô nhiễm
Hiệu quả cao với các ion: Pb²⁺, Cd²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, As(V), Cr(VI), PO₄³⁻, NO₃⁻,…
Hình 5.1 trình bày các phân tích quan trọng nhằm đánh giá cấu trúc và tính chất của các vật liệu Đồ thị hấp phụ khí N2 cho thấy diện tích bề mặt của BCs và MBCs, qua đó giúp xác định khả năng hấp phụ của chúng Phân tích FT-IR của BCs và MBCs cung cấp thông tin về các nhóm chức hóa học hiện diện, liên quan đến tính chất hoạt động của vật liệu Quét XRD của BCs, MBCs và HAP cho thấy cấu trúc tinh thể và độ tinh khiết của các mẫu vật liệu Hình chụp các huyền phù BC và MBC ở các thời gian phân tán khác nhau giúp hiểu rõ quá trình phân tán và phân bố của các hạt trong dung môi, từ đó tối ưu hóa điều kiện xử lý.
5.3 Kích thước mao quản trong thực nghiệm
Loại biochar Nhiệt độ pyrolysis Diện tích bề mặt
Kích thước mao quản trung bình
Bảng 6 Kích thước mao quản từ thực nghiệm [23]
5.4 Vai trò cụ thể của từng loại mao quản
Mao quản Chức năng trong hấp phụ
Vi mao quản (50 nm) không đóng vai trò chính trong hấp phụ, nhưng lại rất quan trọng trong việc dẫn truyền dung dịch đến các vùng vi mao quản sâu, đảm bảo phân phối thuốc và hỗ trợ quá trình xử lý.
Bảng 7 Chức năng hấp phụ đối với từng loại kích thước mao quản
CHƯƠNG 6 ỨNG DỤNG HẤP PHỤ CỦA NANO BIOCHAR TRONG VIỆC LOẠI BỎ CÁC ION KIM LOẠI NẶNG TỪ
Nguồn nước ô nhiễm chứa các kim loại nặng như Cadmium (II), Đồng (II) và Chì (II) gây nguy hiểm lớn đến hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng Việc loại bỏ ion kim loại nặng từ nguồn nước là cần thiết để bảo vệ sự cân bằng tự nhiên và đảm bảo an toàn cho sức khỏe con người Phương pháp hấp phụ đã được đánh giá cao nhờ tính linh hoạt, dễ triển khai và chi phí hợp lý, trở thành giải pháp hiệu quả trong xử lý nước ô nhiễm Bài báo "Micro-nano-engineered nitrogenous bone biochar developed with a ball-milling technique for high-efficiency removal of aquatic Cd(II), Cu(II) and Pb(II)" cho thấy các ion kim loại nặng có tiềm ẩn nguy cơ nghiêm trọng đối với hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng Để làm rõ cơ chế hấp phụ của các ion kim loại nặng trên bề mặt biochar, nhóm tác giả đã sử dụng các phương pháp phân tích hiện đại như phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR), nhiễu xạ tia X (XRD) và phổ quang điện tử tia X.
X (XPS) và phân tích định lượng các cơ chế hấp phụ cho thấy quá trình loại bỏ các ion kim loại như Cd²⁺, Cu²⁺ và Pb²⁺ không diễn ra theo cơ chế đơn thuần mà là sự kết hợp đồng bộ của nhiều cơ chế hấp phụ khác nhau Điều này giúp vật liệu biochar sau xử lý bằng kỹ thuật nghiền bi (ball-milling) đạt hiệu quả xử lý kim loại vượt trội [24].
Các nghiên cứu về cơ chế hấp phụ kim loại nặng trên bề mặt biochar cho thấy các tương tác phức tạp ở cấp độ phân tử, đặc biệt qua phân tích phổ IR biến đổi Fourier (FT-IR) để xác định các nhóm chức hóa học Kết quả FT-IR cho thấy sự biến đổi rõ rệt trong cấu trúc hóa học của biochar sau khi tiếp xúc với dung dịch chứa kim loại nặng, đặc biệt là sự suy giảm cường độ của nhóm hydroxyl (-OH), cho thấy vai trò quan trọng của nhóm -OH trong quá trình hấp phụ thông qua hình thành liên kết phối trí với các ion kim loại Đồng thời, sự dịch chuyển của các dải hấp thụ phản ánh những thay đổi về cấu trúc bề mặt của biochar trong quá trình hấp phụ kim loại nặng.
Các liên kết C=O, COO⁻ và PO₄³⁻ đã được ghi nhận, cho thấy nhóm chức carboxyl (COO⁻) và phosphate (PO₄³⁻) cùng với nhóm hydroxyl tham gia vào quá trình hình thành phức bề mặt với các ion kim loại Quá trình này là một dạng hấp phụ hóa học, trong đó các ion kim loại được giữ lại trên bề mặt vật liệu thông qua các liên kết hóa học bền vững.
Hình 6.1 Các phổ của MBC-600 và MBC-600 sau khi hấp phụ HMs: (a) FT-
IR, (b) PXRD và các phổ XPS: (c) phổ khảo sát, (d) phổ O1s, (e) phổ N1s [24]
FT-IR đã được thực hiện cho MBC-600 nguyên chất và MBC-600 đã tải HMs
Hình 6.1a thể hiện rõ ràng sự giảm mạnh của cường độ các băng tần liên quan đến dao động v (−OH) của nhóm hydroxyl sau khi hấp phụ các kim loại nặng như Cd(II), Cu(II) và Pb(II), cho thấy nhóm hydroxyl tham gia vào quá trình tiếp nhận kim loại Chuyển đổi vị trí của các đỉnh này sau quá trình hấp phụ chứng tỏ sự tham gia của nhóm hydroxyl trong quá trình tạo phức với các hợp chất kim loại nặng Ngoài ra, các đỉnh ở 1626 cm−1 (liên quan đến C=C thơm và C=O) và 1090 cm−1 (C=O) cũng cho thấy sự dịch chuyển nhẹ sau khi biochar hình thành phức hợp với kim loại nặng, phản ánh sự thay đổi cấu trúc hóa học Các đỉnh ở 1453 cm−1 ( COO ), 1412 cm−1 ( O–H ), cùng các nhóm phosphate tại 1037 cm−1, 604 cm−1 và 563 cm−1 cũng thể hiện sự khác biệt rõ rệt trước và sau quá trình hấp phụ, cho thấy các nhóm chức này đóng vai trò quan trọng trong quá trình hấp phụ các kim loại nặng.
Kết tủa đóng vai trò quan trọng trong quá trình loại bỏ kim loại nặng khỏi dung dịch, đặc biệt qua cơ chế kết tủa đồng hình (isomorphous substitution), nơi Pb²⁺ thay thế Ca²⁺ trong mạng tinh thể của hydroxyapatite nhờ sự tương đồng về bán kính ion, tạo thành hợp chất ổn định không tan giúp loại bỏ kim loại nặng hiệu quả Phân tích XRD cho thấy sự hình thành của các sản phẩm kết tủa không tan, đặc biệt trong hấp phụ chì (Pb²⁺), với các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng cho hợp chất (PbₓCa₁₋ₓ)₅(PO₄)₃(OH) Đồng thời, phổ quang điện tử tia X (XPS) xác nhận sự xuất hiện của các kim loại như Cd, Cu, Pb trên bề mặt biochar, chứng minh khả năng hấp phụ hiệu quả các ion kim loại nặng Các thay đổi trong phổ O 1s và N 1s cho thấy nhóm chức chứa oxy và nitơ (như C=O, P=O, pyridinic-N, pyridonic-N) tham gia vào quá trình hấp phụ, tạo liên kết hóa học bền vững với kim loại và góp phần vào cơ chế loại bỏ hiệu quả kim loại nặng của biochar.
Nghiên cứu về các cơ chế hấp phụ của biochar qua các kỹ thuật phân tích tiên tiến như FT-IR, XRD và XPS trong bài báo “Micro-nano-engineered nitrogenous bone biochar developed with a ball-milling technique for high-efficiency removal of aquatic Cd(II), Cu(II) and Pb(II)” đã chứng minh khả năng loại bỏ kim loại nặng hiệu quả của loại vật liệu này Biochar không chỉ hoạt động như một chất hấp phụ đơn thuần mà còn tham gia vào các quá trình hóa học phức tạp như tạo phức bề mặt và kết tủa hóa, giúp nâng cao hiệu quả xử lý các hợp chất kim loại nặng trong nước.
Hiểu biết sâu sắc về quá trình học và đồng kết tinh là rất quan trọng trong việc thiết kế và tối ưu hóa các vật liệu biochar Những thông tin này đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng xử lý nước và phục hồi môi trường, giúp nâng cao hiệu quả và bền vững của các giải pháp sinh thái.
[1] Heiligtag, F J., & Niederberger, M (2013) The fascinating world of nanoparticle research https://byvn.net/TOHz
[2] P Walter, E Welcomme, P Hallégot, NJ Zaluzec, C Deeb, J Castaing, P Veyssière, R Bréniaux, J.-L Lévêque và G Tsoucaris, Nano Lett , 2006, 6 , 2215–
2219 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/nl061493u
[3] J Jeevanandam, A Barhoum, Y S Chan, A Dufresne and M K Danquah, Beilstein
[4] I Freestone, N Meeks, M Sax and C Higgitt, Gold Bull., 2007, 40, 270–277 https://link.springer.com/article/10.1007/BF03215599
[5] Baig, N., Kammakakam, I., & Falath, W (2021) Nanomaterials: A review of synthesis methods, properties, recent progress, and challenges Materials Advances, 2,
Recent research highlights the significant potential of biochar nanomaterials in environmental remediation and pollution control, offering innovative solutions for degrading contaminants and improving soil health The study by Zhang et al (2024) emphasizes the unique properties of biochar nanomaterials, such as high surface area and chemical reactivity, which enhance their effectiveness in removing pollutants from various environmental media These nanomaterials provide a sustainable and cost-effective approach to address ongoing environmental challenges, making them a promising tool for pollution mitigation and environmental restoration efforts.
[7] Zhou, Y., Guo, B., Wang, Y., & Liu, Y (2020) Ball milling as a mechanochemical technology for fabrication of novel biochar nanomaterials Bioresource Technology,
[8] S S Sandoval and N Silva, "Review on Generation and Characterization of Copper
Particles and Copper Composites Prepared by Mechanical Milling on a Lab-Scale," International Journal of Molecular Sciences, vol 24, no 9, doi: 10.3390/ijms24097933
[9] G Gorrasi and A Sorrentino, "Mechanical milling as a technology to produce structural and functional bio-nanocomposites," Green Chemistry,
10.1039/C5GC00029G vol 17, no 5, pp 2610-2625, 2015, doi: 10.1039/C5GC00029G
[10] Zhang, Y., Zhang, C., Wang, L., & Liu, Y (2022) Ultrasonic activated biochar and its removal of harmful substances in environment Microorganisms, 10(8), 1593 https://doi.org/10.3390/microorganisms10081593
[11] Almutary, A B., & Tambuwala, M M (2023) Synthesis and characterization of nanobiochar from rice husk via ultrasonication and centrifugation for dye removal from water Environmental Research, 216, 116909 https://doi.org/10.1016/j.envres.2023.116909
[12] Sheikh, A., & Illiger, P (2023) Novel green approach for the synthesis of nano biochar using plant resources and botanical extracts Biological Forum – An
International Journal, 15(1), 150–157 https://www.researchtrend.net/bfij/pdf/Novel- Green-Approach-for-the-Synthesis-of-Nano-biochar-using-Plant-Resources-and-
Botanical-Extracts-Sheikh-Amjid-150.pdf
This article offers a comprehensive review of the synthesis of nanomaterials using both top-down and bottom-up approaches, highlighting key influencing factors, advantages, and disadvantages associated with each method It emphasizes how the choice of synthesis technique impacts the properties and applications of nanomaterials across various fields The study discusses the benefits of bottom-up methods, such as precise control over material characteristics, alongside the challenges like scalability Conversely, top-down approaches are noted for their simplicity but are often limited by issues like defect formation Ultimately, understanding these synthesis approaches enables optimization for specific applications in nanotechnology and materials science.
Honghong Lyu et al (2018) conducted comprehensive experimental and modeling studies on ball-milled biochar as an effective adsorbent for removing aqueous methylene blue Their research demonstrates that ball milling significantly enhances the biochar’s surface properties and adsorption capacity, making it a sustainable solution for wastewater treatment The study highlights the importance of optimizing milling parameters to improve pollutant removal efficiency, contributing to the development of eco-friendly and cost-effective water purification methods These findings underscore the potential of modified biochar as a promising material for removing dyes and other contaminants from water sources For more detailed insights, refer to the full study available at https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.10.130.
This study by Fernando et al (2015) focuses on the synthesis and characterization of nano hydroxyapatite and its nanocomposite with granular activated carbon, emphasizing their potential applications in removing Pb²⁺ ions from aqueous solutions The research demonstrates that these nanomaterials exhibit high efficiency in adsorbing lead contaminants, making them promising candidates for water purification technologies The findings highlight the significance of nanostructured hydroxyapatite-based materials in heavy metal remediation, contributing to improved water treatment processes and environmental protection.
[16] Weixiang Wu, Min Yang, Qibo Feng, Kim McGrouther, Hailong Wang, Haohao
Lu, Yingxu Chen, 2012, Chemical characterization of rice straw-derived biochar for soil amendment https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2012.09.034
[17] Minori Uchimiya, Desmon I.Bannon, Lynda H.Wartelle, Isabel M.Lima, K.Thomas Klasson, 2012, Lead Retention by Broiler Litter Biochars in Small Arms Range Soil: Impact of Pyrolysis Temperature https://doi.org/10.1021/jf300825n
Fang Yuan et al (2017) developed phytic acid-decorated titanate nanotubes that exhibit high efficiency and selectivity in removing U(VI) from aqueous solutions Their innovative synthesis approach enhances uranium ion adsorption capacity, making these nanomaterials promising for environmental remediation This study highlights the potential of functionalized titanate nanotubes as effective materials for radioactive waste removal, contributing to advancements in water purification technologies (Source: https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.03.156)
